基于時域有限差分法的脊波導損耗特性研究.pdf

1、時域有限差分法自1966年 K.S.Yee首次提出以來,就備受眾多專家學者的青睞。時域有限差分法是以差分原理為基礎(chǔ)的數(shù)值計算方法,它廣泛應(yīng)用于波導與諧振腔系統(tǒng)、電磁兼容、天線輻射特性、電纜傳輸線的干擾、電磁散射以及微光學元器件中光的傳播和衍射等的研究。
　　 脊波導是矩形波導的變形,它在實際工程中有著重要的應(yīng)用,由于其具有主模截止波長長、單模帶寬寬等特點,使得脊波導廣泛應(yīng)用于各種過渡元件以及各種諧振腔等,因此對脊波導特性的研究是

2、非常重要的。早在20世紀40年代,Cohn就對脊波導的特性進行了研究,隨后脊波導受到了廣泛的關(guān)注。目前對脊波導特性的研究,大多集中在傳輸特性以及阻抗特性上,對于其衰減特性和功率容量的研究數(shù)據(jù)較少,這在一定程度上限制了脊波導元件的分析和設(shè)計。為了解決這個問題,本文首次利用時域有限差分法對脊波導的衰減特性以及功率容量進行了研究。
　　 介紹了時域有限差分法的原理以及其在應(yīng)用上的相關(guān)技術(shù),并應(yīng)用時域有限差分法對脊波導進行建模,通過在M

3、ATLAB環(huán)境下編程,計算了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的矩形對稱雙脊波導、三角形對稱雙脊波導、梯形對稱雙脊波導、倒梯形對稱雙脊波導以及矩形單脊波導、三角形單脊波導、梯形單脊波導、倒梯形單脊波導在 TE模式下的衰減特性和功率容量數(shù)據(jù)。所得部分數(shù)據(jù)與國外已有的權(quán)威文獻中的數(shù)據(jù)進行了比較,數(shù)據(jù)吻合較好,從而證明了所用方法在研究上的有效性和精確性。
　　 運用時域有限差分法結(jié)合MATLAB編程計算了脊波導在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的衰減常數(shù)和功率容量,并給出了

4、計算數(shù)據(jù)以及變化曲線。研究結(jié)果表明:脊波導的衰減常數(shù)不僅與頻率有關(guān)還與其結(jié)構(gòu)參數(shù)有一定的關(guān)系,脊波導的功率容量與其結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。當脊波導的主模截止波長增大時其衰減常數(shù)會單調(diào)遞增,而功率容量會單調(diào)遞減；當脊間距 d／b增大時,衰減常數(shù)減小,功率容量增大。因此在制造工藝允許的情況下,可以通過增大脊間距來達到減小衰減增大功率容量的目的。通過對比數(shù)據(jù)可得到:衰減常數(shù)由大到小的順序依次為:三角形、倒梯形、矩形和梯形脊波導；功率容量由小到大的順序依